地鐵附屬工程大跨度平頂超淺埋暗挖施工技術(shù)

摘 要:通過廣州地鐵二、八號線昌崗站Ⅰ號風(fēng)道附屬工程大跨度平頂超淺埋暗挖的施工過程，介紹了地鐵附屬工程大跨度平頂超淺埋暗挖施工技術(shù)及方法，包括開挖方法、支護參數(shù)、圍巖量測、量測結(jié)果分析、支護參數(shù)的調(diào)整以及施工中的過程控制。

關(guān)鍵詞:地鐵附屬 大跨度平頂 暗挖施工

中圖分類號:TU7 文獻標(biāo)識碼:A 文章編號:1674-098X(2011)03(c)-0112-03

1 工程概況

廣州地鐵二、八號線四標(biāo)昌崗站Ⅰ號風(fēng)道隧道拱頂覆蓋厚度7.9m左右，Ⅰ號風(fēng)道暗挖段開挖長度為20.623m，總體開挖寬度11.7～13.8m。地質(zhì)較差，拱頂以上部分為1雜填土、4－1沖積－洪積土層、4－3坡積土層，開挖巖面為5－2白堊系硬塑殘積土。

2 設(shè)計方案比選

廣州地鐵二、八號線四標(biāo)昌崗站Ⅰ號風(fēng)道位于江南大道廣醫(yī)二院院內(nèi)，風(fēng)口位于廣醫(yī)二院新建大樓內(nèi)，地面交通較繁忙，設(shè)計方案為位于車道部分采用暗挖法施工，位于廣醫(yī)二院部分采用明挖法施工。明挖法施工部分不做闡述，只對車道下暗挖方案作出以下比選:

方案一:根據(jù)地鐵附屬工程的一般施工慣例和考慮到施工成本的影響采用明挖法施工，由于本工程開工晚，業(yè)主要求的關(guān)門工期已經(jīng)確定，確保2010年9月25日通車，主體結(jié)構(gòu)施工完畢再施工Ⅰ號風(fēng)道工期不滿足;若采用明挖法施工，在Ⅰ號風(fēng)道上面有一個220萬V的高壓電力線，供廣州市三分之一的居民用電必須停電，而且停電時間需要半年，當(dāng)時正是高溫天氣，不可能停電;Ⅰ號風(fēng)道施工位置還有一道污水主管道埋深達6.4m，而且是20世紀(jì)70年代施工的，采用明挖法施工必須先改污水管道，施工現(xiàn)場沒有改道位置。根據(jù)以上幾點理由分析明挖法施工不可取。

方案二:采用曲頂暗挖法，污水主管道侵入開挖空間，此方案不可取。

方案三:采用大跨度平頂暗挖法施工，具體的施工方法為CRD多部開挖法。此方法克服方案一、方案二所遇到的一些困難，但是施工風(fēng)險較大，在目前地鐵附屬工程施工中大跨度平頂暗挖較少用，但是方案是可選的。具體的設(shè)計施工參數(shù)，超前支護采用Ф127mm大管棚(t＝8mm)@400mm拱頂布置。Ф42mm超前小導(dǎo)管L＝3.5m，拱頂布置間距@2000mm(縱向)×@400mm(環(huán)向)，邊墻布置間距@2000mm(縱向)×@400mm(環(huán)向)。Ф8mm鋼筋網(wǎng)@150mm×150mm(全環(huán)單層布設(shè))。I25a工字鋼，縱向間距500mm，全環(huán)布設(shè)。@42mm注漿錨管L＝3.5m，@500mm×@1000mm邊墻布置。C25S6噴射混凝土350mm。PVC防水板分區(qū)防水。結(jié)構(gòu)為C30S8模筑鋼筋混凝土。

3 隧道施工過程

3.1 Ⅰ號風(fēng)道進入正洞的步序安排

Ⅰ號風(fēng)道明挖部分施工到暗挖隧道大管棚標(biāo)高位置下1m時，停止明挖施工，開始進行大管棚施工，管棚完成后繼續(xù)明挖部分施工。明挖部分施工完成后，進行破樁洞門施工，破樁洞門施工分三步進行，先破除樁身的1/3，架立一榀鋼拱架，將拱架與樁身主筋焊接，施工錨管，噴射混凝土，然后再破除1/3樁身，架立第二榀鋼拱架，第二榀鋼拱架完成后，將樁身最后1/3破除，架立鋼拱架。洞門施工完成后按照CRD法進行開挖施工。

3.2 開挖及初期支護施工

3.2.1 施工方法

隧道采用中隔壁多部CRD開挖法施工，具體的開挖順序見圖1。

圖中(1)～(12)表示開挖及支護順序，ⅩⅢ、ⅩⅣ表示二襯修筑順序，本風(fēng)道暗挖段采用左、中、右導(dǎo)洞，上下兩層，共六個掌子面進行開挖。施工時應(yīng)在左洞和右洞全部開挖完成后，再開挖中導(dǎo)洞。采用人工開挖，在開挖的工程中注意施工安全，開挖位于車道主干線下，上面有重車運行，每部開挖完成后及時進行支護。每循環(huán)的超前注漿要及時，注漿壓力不能過大，以防地表隆起，左、中、右三部分開挖時分別超前注漿，形成超前支護殼體，確保在開挖過程中施工安全。支護完成后及時對邊墻錨管進行后注漿，形成更完善的支護體系以抵抗側(cè)向土壓力。開挖完成后進行初期支護背后注漿，減少初期支護滲漏水情況。

在開挖到污水主管到下方前后1m時，采用雙排小導(dǎo)管支護，加強支護體系確保污水管不變形，一但變形將會漏水，后果很嚴(yán)重。此部位在控制上面重車運行產(chǎn)生的土體變形和污水管道變形開裂的情況下施工，此段開挖時本工程的重點。開挖進尺減小，污水管正下方鋼拱架并排連放3榀，開挖過程中加強監(jiān)控量測，確保拱頂下沉量不超過30mm。

開挖時采用短進尺預(yù)留核心土，每一循環(huán)控制在一榀鋼拱架，控制臨時支撐(I16工字鋼)拆除的縱向間距并及時施工中隔墻襯砌混凝土，每段臨時支撐的拆除長度控制在5m以內(nèi)。中隔墻襯砌混凝土施工完成后設(shè)置臨時橫撐(I16工字鋼)，注意保護中隔墻的混凝土，防止發(fā)生破碎等情況，采取墊橡膠墊的措施。設(shè)置縱向連接，并適當(dāng)加鋼墊板，使支撐與中隔墻緊貼。

3.2.2 CRD法施工中控制要點

(1)隧道開挖外輪廓線充分考慮施工誤差、預(yù)留變形和超挖等因素的影響;注意控制通道的開挖中線和水平，確保開挖斷面平順，鋼拱架安裝位置正確。

(2)加強量測監(jiān)控，做好信息反饋，及時調(diào)整施工方法。

(3)鋼拱架底部坐落要堅實，不能虛空，鎖腳錨管和鋼拱架焊接在一起，起到鎖腳的作用，鋼拱架、錨管、網(wǎng)片和噴射混凝土形成一個完整的支護體系。

(4)開挖過程中，上、下半斷面采用環(huán)形開挖，保留核心土;仰拱盡快開挖及時施作支護，盡快形成全斷面封閉，以控制圍巖變形。

(5)因為CRD法工序較多，工序轉(zhuǎn)換使得結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜，為保證拆除臨時格柵時的安全，必須保證各部格柵之間的連接質(zhì)量。

(6)開挖過程中必須加強監(jiān)控量測，當(dāng)發(fā)現(xiàn)拱頂、拱腳和邊墻位移速率值超過設(shè)計允許值或出現(xiàn)突變時，及時施作臨時支撐或仰拱，形成封閉環(huán)，控制位移和變形。

3.2.3大管棚施工要點

因為本風(fēng)道所處地層較差，管棚鉆機鉆進不容易成孔，大管棚孔口為隧道開挖輪廓線外200mm布置，管棚均采用跟管鉆進，一次性打入，應(yīng)盡量保持水平打設(shè)。由于明挖部分施工空間有限，管棚管接采用1～3m的管節(jié)，由對口絲扣聯(lián)結(jié)，絲扣長度≥150mm，管箍長200mm。

鉆孔定位，移動鉆機至鉆孔部位，調(diào)整鉆機高度，將鉆具直接鉆穿圍護樁成為導(dǎo)向孔，使導(dǎo)向孔、鉆機固定鉆桿的轉(zhuǎn)軸和鉆桿在一條直線上，用儀器測這一直線的角度。

注漿漿液采用水泥漿，水泥漿水灰比采用0.6∶1～1∶1;注漿壓力采用0.6～1MPa，施工中根據(jù)實際地質(zhì)情況并通過試驗確定，注漿壓力不能過大，以放地表隆起，污水管道和其他管道開裂。

3.2.4 小導(dǎo)管施工要點

超前小導(dǎo)管施工起到超前支護和超前注漿的作用，超前支護的好壞直接影響到下部開挖工序的施工安全，所以在施工中要特別重視，超前小導(dǎo)管起角控制在7度，不要太大。注漿壓力不宜過大，應(yīng)保持在0.3～0.5MPa為宜;其加固半徑為30～35cm，而且各孔之間已經(jīng)固結(jié)成拱殼。根據(jù)開挖過程中涌水量的大小確定采用雙液漿還是單液漿。超前小導(dǎo)管的位置可根據(jù)與大管棚的關(guān)系作相應(yīng)的調(diào)整。邊墻后期小導(dǎo)管施工要及時，和鋼拱架焊接在一起，控制好方向角度，注漿壓力達到設(shè)計值。

3.2.5 鋼拱架施工要點

鋼拱架在加工場地制作完成，運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場安裝，安裝過程要注意以下幾點:

①開挖后對開挖面噴射4cm厚的混凝土，清除拱腳下的虛碴及其它雜物。

②每榀鋼拱架安裝前，用激光導(dǎo)向儀準(zhǔn)確定出拱架安裝的中線、標(biāo)高及拱腳設(shè)計位置。鋼格柵在開挖作業(yè)面組裝，各節(jié)鋼架間以螺栓連接。特別困難處也可采用焊接，但特別注意焊接質(zhì)量。

③拱架安裝由人工借助機具進行架立就位，拱腳必須架立在堅固的基座上，用短鋼筋將拱架焊牢在錨管上。

④為保證鋼拱架的穩(wěn)定和整體受力，嚴(yán)格按照設(shè)計要求設(shè)置縱向連接鋼筋。連接筋與鋼拱架的連接點及已施工相鄰拱架連接筋焊接牢固。

⑤在初期支護形成“閉合”結(jié)構(gòu)前，為減少初期支護下沉量，每個臺階安裝鋼拱架時，均在其基底設(shè)一塊“托板”，以增大受力面積，減少下沉量。

⑥安裝完格柵拱架以后，在每部的拱腳處各打兩根鎖腳錨管，錨管長3m，直徑為φ42，鋼管內(nèi)注入水泥漿。

鋼架架立后盡快施作噴射砼，并將鋼架全部覆蓋，使鋼架與噴射砼共同受力。

3.2.6 鋼筋網(wǎng)片和噴射混凝土施工要點

鋼筋網(wǎng)片和噴射混凝土施工工藝與一般的隧道相同。這里就不再敘述。

3.2.7 防水施工要點

地鐵施工中暗挖隧道工程要求全包防水，防水分幾層，噴射混凝土采用防水混凝土、初期背后注漿防水、防水板防水和二次襯砌防水混凝土等。因為本隧道二襯結(jié)構(gòu)分步進行施工，施工縫多，防水施工困難。防水板的掛設(shè)和二襯施工與一般隧道相同，只是在地鐵防水施工中采用分區(qū)防水，防水分區(qū)采用背貼式止水帶全環(huán)布設(shè)，焊在防水板上面，與防水板密貼，每5m作為一個防水分區(qū)，拱頂側(cè)墻預(yù)埋注漿管，進行二襯背后注漿，確保二襯結(jié)構(gòu)不允許漏水，結(jié)構(gòu)表面可有少量濕漬，但總濕漬面積不應(yīng)大于防水面積的6/1000，任意100m2面積上濕漬不超過4處，單個濕漬面積的最大面積不大于0.2m2，二襯結(jié)構(gòu)施工縫預(yù)埋鍍鋅鋼板止水帶。暗挖風(fēng)道和車站接口防水處理是一個薄弱環(huán)節(jié)，和車站接口圍護樁的破除要得到車站主體結(jié)構(gòu)施工完成后進行，所以要嚴(yán)把本部位防水板的焊接質(zhì)量。

如圖2所示。

4 監(jiān)控量測

昌崗站Ⅰ號號風(fēng)道暗挖段采用噴錨構(gòu)筑法設(shè)計和施工，為了掌握地層和洞室在施工過程中的力學(xué)動態(tài)，確保洞室的穩(wěn)定和地面建筑物的安全，必須進行現(xiàn)場監(jiān)控量測。通過對觀察及量測數(shù)據(jù)的分析和判斷后，對圍巖支護體系的穩(wěn)定性和地表建筑物的安全度進行預(yù)測，并據(jù)此確定相應(yīng)的工程措施，合理安排施工工序，以保證施工安全和隧道穩(wěn)定，現(xiàn)場監(jiān)控量測必須貫穿整個施工過程的始終。

4.1 監(jiān)控量測項目及方法

如表1所示。

4.2 量測數(shù)據(jù)綜合分析

為了真實、及時、準(zhǔn)確的反映施工現(xiàn)場信息，監(jiān)測數(shù)據(jù)歷經(jīng)以下過程:①測點埋設(shè)→②數(shù)據(jù)采集→③數(shù)據(jù)收集→④數(shù)據(jù)輸入→⑤繪制曲線→⑥輸入計算機→⑦生成圖表→⑧信息反饋。

(1)應(yīng)及時對現(xiàn)場量測數(shù)據(jù)繪制時態(tài)曲線(或散點圖)和空間關(guān)系曲線。

如圖3所示。

位移時態(tài)曲線圖

(2)當(dāng)位移-時間曲線趨于平緩時，應(yīng)進行數(shù)據(jù)處理或回歸分析，以推算最終位移和掌握位移變化規(guī)律。根據(jù)現(xiàn)場量測的位移－時間曲線進行如下判斷:

當(dāng)<0說明變形速率不斷下降，位移趨于穩(wěn)定;

當(dāng)=0變形速率保持不變，經(jīng)發(fā)出警告，及時加強支護系統(tǒng);

當(dāng)>0則表示已進入危險狀態(tài)，須立即停工，采取有效的工程措施進行加固。

(3)當(dāng)位移-時間曲線出現(xiàn)反彎點時，則表明圍巖和支護已呈不穩(wěn)定狀態(tài)，此時應(yīng)密切監(jiān)視圍巖動態(tài)，并加強支護，必要時暫停開挖。

(4)隧道周壁任意點的實測相對位移值或用回歸分析推算的總相對位移值均應(yīng)小于設(shè)計數(shù)值。當(dāng)位移速率無明顯下降，而此時實測位移值已接近設(shè)計數(shù)值，或者噴層表面出現(xiàn)明顯裂縫時，應(yīng)立即采取補強措施，并調(diào)整原支護設(shè)計參數(shù)或開挖方法。

(5)埋設(shè)量測元件情況和量測資料，均應(yīng)整理清楚，并作為竣工交驗資料的一部分。

(6)根據(jù)量測結(jié)果進行綜合判斷，確定變形管理等級，據(jù)以指導(dǎo)施工。

5 結(jié)語

地鐵附屬工程施工一般采用明挖法施工，結(jié)合本工程的特點，只能采用大跨度超淺埋暗挖法施工，只要設(shè)計合理，施工方法得當(dāng)，加強施工過程的監(jiān)控量測，開挖初支過程及時封閉，此方法在特殊情況下還是很好的施工方法，即節(jié)約拆遷費用，又加快了施工進度。

參考文獻

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注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請以PDF格式閱讀原文